【绿色通道】2012高考物理 固体液体气体的实验定律课件 新人教版选修3-3

一、固体1．固体通常可分为________和________，其结构和性质见下表分类微观结构宏观表现外形物理性质晶体单晶体组成晶体的物质微粒(原子、分子、离子)在空间按一定规则排列——空间点阵几何形状天然有规则各向异性________一定的熔解温度(熔点)多晶体由无数的晶体微粒(小晶粒)无规则排列组成无天然规则的几何外形各向同性非晶体内部物质微粒是无规则排列的________一定的熔解温度2.晶体的微观结构(1)晶体的微观结构特点：组成晶体的物质微粒有规则地、周期性地在空间排列．(2)用晶体的微观结构解释晶体的特点晶体有天然的规则几何形状是由于内部微粒________地排列．晶体表现为各向异性是由于从内部任何一点出发，在不同方向上相等距离内微粒数________．晶体的多型性是由于组成晶体的微粒不同的________形成的．二、液体1．液体的表面张力液体表面具有收缩的趋势，液体表面各部分间相互吸引的力叫做表面张力．表面张力使液体自动收缩，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向和液面________；表面张力的大小除了跟边界线的________有关外，还跟液体的________、________有关．2．液体的毛细现象浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象，称为毛细现象.浸润不浸润附着层分子力表现为斥力分子力表现为引力在毛细管中液面上升而呈凹形液面下降而呈凸形3.液晶的性质特点(1)液晶分子既保持排列有序而显示各向异性，又可以自由移动位置，保持了液体的流动性；(2)液晶分子的位置无序使它像液体，排列有序使它像晶体；(3)液晶分子的排列从某个方向看比较整齐，从另外一个方向看则是杂乱无章的；(4)液晶的物理性质很容易在外界的影响下发生改变．三、饱和汽和饱和汽压、相对湿度1．饱和汽和未饱和汽(1)饱和汽：在密闭容器中的液体，不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，当两个同时存在的过程达到________时，宏观的蒸发停止，这种与液体处于动态平衡的蒸汽称为饱和汽．(2)未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽称为未饱和汽．2．饱和汽压：在一定温度下饱和汽的分子密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强称做这种液体的饱和汽压，饱和汽压随温度的升高而增大．3．相对湿度在某一温度下，水蒸气的________与同温度下水的饱和汽压的比，称为空气的相对湿度．即相对湿度(B)＝水蒸气的实际压强p同温下水的饱和汽压ps×100%.四、气体1．气体的三个状态参量：________、______、________.2．气体的实验定律(1)玻意耳定律①公式：PV＝恒量，或________．②微观解释：一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比．②微观解释：一定质量的理想气体，气体总分子数N不变；气体体积V不变，则单位体积内的分子数不变；当气体温度升高时，说明分子的平均动能增大，则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多，且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大，因此气体压强p将增大．(2)查理定律①公式：pT＝恒量，或p1T1＝p2T2.②微观解释：一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增加；要保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积．(3)盖·吕萨克定律①公式：VT＝恒量，或V1T1＝V2T2.(4)理想气体状态方程①理想气体：任何条件下始终遵守气体________的气体，实际气体在________不太大(与________相比)、________不太低(与________相比)的情况下，可视为理想气体．②理想气体无________，其内能仅由________和气体的________来决定．③状态方程：pVT＝恒量，或p1V1T1＝p2V2T2.答案：一、1.晶体非晶体有没有2.(2)有规则不同空间排列二、1.(1)相切长度种类温度三、1.(1)动态平衡3.压强四、1.温度体积压强2．p1V1＝p2V2(4)实验定律压强大气压温度室温分子势能温度物质的量1．气体分子运动的特点(1)由于气体分子间的距离较大(约为分子直径的10倍)，故气体分子可看做质点．(2)气体分子间的碰撞十分频繁．(3)气体分子运动的统计规律：某任一时刻，气体分子沿各方向运动的机会均等，即沿各个方向运动的分子数目相同；大量分子的无规则运动，其速率按一定规律分布，即“中间多、两头少”的分布规律(“中间多”是指处于中间速率的分子数多；“两头少”是指速率很大的和速率很小的分子数少．)2．分子的平均动能(1)意义：物质分子由于热运动而具有的动能的平均值，叫分子平均动能．(2)温度是分子平均动能的标志．T＝a·Ek式中a是比例常数．可见物质分子的平均动能取决于温度，与物质机械运动情况无关．3．气体压强的微观解释(1)气体的压强是由气体中大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的．压强数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．(2)明确气体压强的决定因素气体分子密集程度与平均动能．4．气体实验定律的微观解释(1)一定质量的气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体压强与体积成反比，这就是玻意耳定律．(2)一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均动能增大，因而气体压强增大，温度降低，情况相反，这就是查理定律所表达的内容．(3)一定质量的气体，温度升高时要保持压强不变，只有增大气体体积，减小分子的密集程度才行，这就是盖·吕萨克定律所表达的内容．定律变化过程同一气体的两条图线图线特点玻意耳定律等温变化A.在p－V图中是双曲线，由pV＝CT知；T越大，pV值越大，所以远离原点的等温线温度越高，即T2T1.B．在p－1V图中是通过原点的倾斜直线．由pVT＝C得p＝CTV斜率大T大，T2T1.查理定律等容变化A.在p－t图中是通过t轴上－273.15℃的直线．由于在同一温度(如0℃)下同一气体的压强大时，体积小，所以V1V2.B．在p－T图中是通过原点的倾斜直线，由pVT＝C得p＝CVT，可见体积V大时斜率小，所以V1V2.续表定律变化过程同一气体的两条图线图线特点盖·吕萨克定律等压变化A.在V－t图中是通过t轴上－273.15℃的直线．由于在同一温度(如0℃)下同一气体的体积大时，压强小，所以p1p2.B．在V－T图中是通过原点的倾斜直线，由pVT＝C得V＝CpT可见压强p大时斜率小，所以p1p2.如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆块A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆块的质量为M，不计圆块与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为p0，则被圆块封闭在容器中的气体的压强p为()A．p0＋Mgcosθ/SB．p0/cosθ＋Mg/(Scosθ)C．p0＋Mgcos2θ/SD．p0＋Mg/S思路点拨：金属圆块处于平衡状态，隔离圆块进行受力分析，根据共点力作用下物体的平衡条件求解．解析：对圆块进行受力分析：重力Mg，大气压的作用力p0S，封闭气体对它的作用力pS/cosθ，容器侧壁的作用力F1和F2，如图所示．由于不需要求出侧壁的作用力，所以只考虑竖直方向合外力为零，就可以求被封闭的气体压强．圆块在竖直方向上合外力为零，有p0S＋Mg＝(pS/cosθ)·cosθ，p＝p0＋Mg/S.答案：D点评：气体对器壁及活塞的压力始终垂直于表面，此题中封闭气体对圆板下表面的压力斜向上，而非竖直向上．跟踪训练1一圆形汽缸静置于地面上，如图所示，汽缸筒的质量为M，活塞的质量为m，活塞面积为S，大气压强为p0.现将活塞缓慢上提，求汽缸刚离开地面时汽缸内气体的压强．(忽略摩擦)答案：p0－Mgs解析：此题中的活塞和汽缸处于平衡状态，以活塞为对象，受力分析如图所示，由平衡条件得，F＋pS＝mg＋p0S①再以活塞和汽缸整体为对象，则有F＝(M＋m)g②由①②式解得p＝p0－MgS.某登山运动员在一次攀登珠穆朗玛峰的过程中，在接近山顶时他裸露在手腕上的防水手表的表盘玻璃突然爆裂了，而手表没有受到任何撞击，该手表出厂时给出的参数为：27℃时表内气体压强为1.0×105Pa(常温下的大气压强值)，当内外压强差超过6.0×104Pa时表盘玻璃将爆裂．当时登山运动员携带的温度计的读数是－21℃，表内气体体积的变化可忽略不计．(1)通过计算判断手表的表盘玻璃是向外爆裂还是向内爆裂？(2)当时外界的大气压强为多少？思路点拨：对于实际问题，在认真审题的前提下，根据所学知识，从中抽象出理想模型，结合相关规律求解．解析：(1)取表内封闭气体为研究对象初状态的压强为p1＝1.0×105Pa温度为T1＝(273＋27)K＝300K其末状态的压强为p2，温度为T2＝(273－21)K＝252K解得：p2＝8.4×104Pa如果手表的表盘玻璃是向内爆裂的，则外界的大气压强为p0＝p2＋Δp＝8.4×104Pa＋6.0×104Pa＝1.44×105Pa，大于山脚下的大气压强(即常温下的大气压强)，这显然是不可能的，所以可判断手表的表盘玻璃是向外爆裂的．根据气体的状态方程，有p1T1＝p2T2(2)当时外界的大气压强为p0＝p2－Δp＝8.4×104Pa－6.0×104Pa＝2.4×104Pa.答案：(1)手表的表盘玻璃是向外爆裂的(2)2.4×104Pa点评：判断玻璃向哪侧爆裂，应先假设一种情况，求出大气压再结合实际，判断是否合理．跟踪训练2(2009·上海单科)如图所示，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm.先将口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求：(1)稳定后右管内的气体压强p；(2)左管A端插入水银槽的深度h.(大气压强p0＝76cmHg)答案：(1)78cmHg(2)7cm解析：(1)插入水银槽后右管内气体：由玻意耳定律得：p0l0S＝p(l0－Δh/2)S，所以p＝78cmHg；(2)插入水银槽后左管压强：p′＝p＋ρgΔh＝80cmHg，左管内外水银面高度差h1＝p′－p0ρg＝4cm，中、左管内气体p0l＝p′l′，l′＝38cm，左管插入水银槽深度h＝l＋Δh/2－l′＋h1＝7cm.如图甲所示，水平放置的汽缸内壁光滑，活塞厚度不计，在A、B两处设有限制装置，使活塞只能在A、B之间运动，B左面汽缸的容积为V0，A、B之间的容积为0.1V0.开始时活塞在B处，缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强)，温度为297K，现缓慢加热汽缸内气体，直至399.3K．求：(1)活塞刚离开B处时的温度TB；(2)缸内气体最后的压强p；(3)在乙图中画出整个过程的p－V图线．思路点拨：本题阐述的是一个较为复杂的气体状态变化过程，巧妙地把三个变化过程(等容—等压—等容)联系在一起，涉及气体4个状态，12个状态参量．由于涉及过程及参量较多，极易混淆而导致错误．解题关键在于明确变化过程，弄清状态参量.状态压强体积温度变化过程10.9p0V0297K2p0V0T21→2等容变化3p01.1V0T32→3等压变化4p41.1V0399.3K3→4等容变化解析：(1)加热汽缸到活塞刚离开B，气体体积不变p1T1＝pBTBTB＝pBp1×T1＝2970.9K＝330K.(2)考虑到初、末状态间的关系，设活塞最终可移动到A处，由理想气体状态方程0.9p0×V0T0＝p×1.1V0Tp＝0.9T1.1T0×p0＝0.9×399.31.1×297p0＝1.1p0由p＝1.1p0p0可知，活塞可移到A处的假设成立．(3)如图所示：答案：(1)330K(2)1.1p0(3)见解析点评